Надежность ХТС и ее АСУ ТП

Здесь автор этой монографии громко заявляет, что не является специалистом в теории автоматического управления системами. И все-таки он рискует сформулировать общие соображения по созданию АСУ ХТС с точки зрения работоспособности и надежности.

Сами специалисты в теории управления дружно признают, что наилучшей АСУ является ее отсутствие, т.е. сама ХТС в окрестности номинальных значений параметров технологического потока обладает свойством асимптотической устойчивости [45]. Признаемся, что это мечта и сказка, что из-за «наворотов» положительных обратных связей разработчиками ХТС последняя, как правило, не устойчива. Именно поэтому АСУ ХТС необходима.

Тогда сделаем еще одно признание: ХТС и ХТС+АСУ – это разные системы, первая является частью второй. У второй оказывается больше число заданных параметров и внешних воздействий. Следовательно, за отсутствие асимптотической устойчивости номинального режима приходится платить созданием АСУ и, следовательно, уменьшением вероятности работоспособности – ничего не бывает бесплатно.

Сегодня теория и практика управления достигли небывалых высот совершенства и утонченности, конечно, в оборонной промышленности, в вооружении. А в гражданской промышленности управление объектами чаще всего находится, простите, на палеозойском уровне. Личное общение с отделами автоматизации в технологических НИИ, в проектных организациях показывает их архиотсталость. Действительно, наша работа с этими отделами начинается с их требования от нас ТЗ (технического задания). В ТЗ надо указать, что является (т.е. какой параметр) объектом управления и что является средством управления (управляющий параметр). Иными словами, в ТЗ должно быть ЧТО требует управления и ЧЕМ управлять, с какой погрешностью, а уж КАК управлять – это дело автоматчиков. Когда же робко предлагаешь физико-химико-процессно-математическую модель ХТС (правда, в стационарном приближении) и большой комплект натуральных масштабов времени релаксационных процессов в ХТС, то с изумлением слышишь: «Не надо, мы – сами».

А что значит «сами»? В конце концов, это означает разработку взаимно-независимых локальных систем управления: датчик – усилитель – формирование команды – исполнительный механизм. Так же разрабатывается система блокировок.

Что же происходит в ХТС при таком способе управления? Так как параметры состояния технологического потока в ХТС детерминировано связаны друг с другом через законы сохранения, то срабатывание одного исполнительного механизма может привести, и приводит к необходимости срабатывания второго, пятого и т.д. Эти системы начинают жить своей жизнью, становятся по Канту вещью в себе, превращаются в генератор хаоса, которого и без такой АСУ в ХТС более чем достаточно. Иными словами, система локального управления процессами в ХТС становится еще одним источником внешних воздействий и уменьшает вероятность работоспособности самой ХТС.

7.10 Решение проблемы оптимальной работоспособности ХТС

Сразу отметим, что ранее до появления этой монографии, такая проблема и никому в голову не приходила. Теперь же, когда вероятность работоспособности можно рассчитать, когда ею можно управлять, совершенно естественно спросить: «Чего хотеть, что является оптимумом?».

Выше показано, что все мероприятия по увеличению Р_ХТС приводят к увеличению и текущих, и капитальных затрат по сравнению с неработоспособными ХТС. Из мирового опыта известно, что в диапазоне Р_ХТС < 0,7 затраты на увеличение надежности растут медленно и линейно с увеличением Р_ХТС, далее наблюдается резкий рост затрат и lim (затрат) → ∞ при Р_ХТС → 1 слева. Подчеркнем, что при Р_ХТС < 0,7 рост затрат на увеличение надежности обусловлены стоимостью материи (например, сделать реактор не из простой углеродистой стали, а из нержавеющей). Зато в интервале 0,7 < Р_ХТС < 1 увеличение надежности вызывает затраты на научно-исследовательские работы, на работу мозгов. Короче говоря, чем больше Р_ХТС, тем ХТС дороже. Оборонная промышленность и ВПК давно это показали, там надежностью только и занимаются, чего бы это ни стоило.

Точек зрения на оптимум Р_ХТС несколько: и инвестора, и владельца ХТС, и разработчиков установки. Показано, что всех их можно удовлетворить, если ввести понятие работоспособности макросистемы по отношению к ее части – ХТС. Действительно, макросистема снабжает ХТС сырьем, электроэнергией, греющим паром, водой, топливом в виде мазута или природного газа, информацией для расчета частей ХТС, трудовыми ресурсами, транспортом для вывоза готовой продукции. Для ХТС – это все внешние воздействия, а для макросистемы – необходимые условия функционирования ХТС. Поэтому введение понятия работоспособности макросистемы Р_РЕГ (т.е. региона, где работает ХТС) вполне логично. В принципе можно поставить научно-исследовательскую работу по определению величины Р_РЕГ, используя материалы по внезапным остановкам на предприятиях того региона, где предполагается установить новую ХТС.

Наверное, очевидно, что если Р_ХТС > Р_РЕГ, то химическая установка будет подвержена внезапным отказам и простоям преимущественно по вине региона, одновременно, разработчики зря перерасходовали средства для достижения избыточной вероятности Р_ХТС. Если же Р_ХТС < Р_РЕГ, то внезапные отказы и простои будут происходить преимущественно по вине разработчиков, которые в «угоду» инвестора сэкономили на текущих и капитальных затратах, занижая вероятность Р_ХТС в своем стремлении к эффективности. Регион же исправно снабжает ХТС всем необходимым. Суть предложения: оптимум реализуется при Р_ХТС = Р_РЕГ с точностью определения обеих величин.

Кстати, этот принцип, по глубокому умолчанию, широко использовали машиностроители отрасли химического и нефтяного машиностроения, имеющие статистику работы различных ХТС в разных регионах СССР. Их невозможно было заставить создавать новую высокотехнологичную ХТС в отсталом регионе: машиностроители будут тогда без вины виноватые за большое число внезапных отказов и последующих простоев. Образовалась системная обратная, положительная связь: высокоразвитые регионы еще больше развивались, слабые – регрессировали.